暗涵、倒虹吸和隧洞工程综述

南水北调东线、中线一期工程纵跨长江、淮河、黄河、海河四大流域，东线一期工程调水干线全长1467km，中线一期工程干线全长1432km。工程沿途经过众多河渠、山峰、公路、铁路、城市及地质条件复杂地段，形成的建筑物种类多，结构型式复杂。其中，暗涵、倒虹吸和隧洞等地下工程是南水北调工程使用较多的建筑物型式。

南水北调东线、中线一期工程特点不同。东线一期工程利用京杭大运河及与其平行的河道逐级提水北送，并联通起调蓄作用的洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖，出东平湖后分两路输水，一路向北穿过黄河至鲁北，另一路向东经济南至烟台、威海，工程多平交。与东线一期工程不同，中线一期工程从加坝扩容后的丹江口水库陶岔渠首闸引水北送，沿线新开挖渠道，经唐白河流域西部过方城垭口，沿黄淮海平原西部边缘，在郑州以西李村附近穿过黄河，沿京广铁路西侧北上，自流到北京、天津。中线一期工程全线立交，沿途修建倒虹吸、渡槽、隧洞、暗涵、左排、桥梁等各类建筑物多达2556座。

倒虹吸、暗涵和隧洞等地下工程，作为南水北调工程重要的建筑物结构型式，有其自身的优势。一是采用这种地下工程结构型式，立交穿越河渠和地质条件复杂地段，可有效避免输水过程中，调来的客水与当地水体之间的交换，确保输水水质；二是此类地下工程，在我国水利工程建设中普遍使用，建筑物结构稳定性好，设计和施工技术成熟，工程施工进度、质量和安全有保障；三是地下工程受外部环境影响小，运行维护效率高、成本低、风险小，利于管理；四是经过人口密集区的天津干渠和北京段工程，全线采用暗涵等地下工程方式输水，还可有效减少京津等经济发达地区永久占地，节约土地资源。基于此，在反复比选后，南水北调东线、中线一期工程共规划和建设了大型倒虹吸167座，暗涵31座，隧洞11条。

这些地下工程构造、原理并不复杂，设计和施工技术也相对成熟，但由于南水北调工程线路长，水头控制要求高，且工程穿越众多不同河流、地段，地质条件复杂、多样，地下水位变化大，建筑物具体结构型式、施工方法、工期和质量安全控制要求各不相同，需要有针对性地开展相关技术攻关，研究优化设计方案和施工方法。有的地下工程如中线穿黄隧洞工程，建筑物结构十分复杂，技术要求高，设计和施工难度大，部分关键技术远远超出目前国内同类工程技术水平，需要开展专门的科研攻关和技术研究。

中线穿黄河隧洞工程作为南水北调中线干线的关键性控制工程，穿越地质条件十分复杂的黄河典型游荡型河段，工程需要克服河床游动、砂土地震液化、隧洞渗漏、围土稳定、双层衬砌单独受力结构稳定、压力输水安全等一系列技术难题。工程采用泥水平衡盾构技术进行挖掘施工，在国内穿越大江大河水利工程中也属首例。穿黄工程最小埋深23m，一次性盾构掘进达3.45km，隧洞开挖直径达到8.7m，这种大断面大埋深长距离盾构施工，技术要求高，风险大。“十一五”期间，国务院南水北调工程建设委员会办公室组织有关单位联合开展科技攻关，成功组织实施了“复杂地质条件下穿黄隧洞工程关键技术研究”，克服诸多技术难题，取得了一批技术成果，进一步优化了设计、施工、进度和质量控制方案：通过穿黄隧洞衬砌1∶1仿真模型试验，优化了锚索间距；提出盾构始发反力座方案，解决了超长无法布置常规反力架问题；研制了薄壁式矩环锚测力计，满足了隧洞长期安全监测需要；编制了《南水北调中线一期穿黄工程输水隧洞施工技术规程》等等。这些成果保障了穿黄工程的顺利建成。

另外，针对长距离输水暗涵穿越公路、铁路，倒虹吸深基坑强透水地基段方案设计及施工期降水、汛期导流，建筑物稳定和选型优化，软弱地基处理，水头损失控制，浅埋暗挖法施工工艺、工法，大体积混凝土浇筑质量控制等诸多技术难题，科研院校、设计、建设管理和施工等单位广大科技工作者，在科研、设计、施工和管理等不同环节，积极研究探索，大胆创新，提出许多好的措施和办法，成功解决了工程建设实际问题，积累了丰富的经验，保障了南水北调东线、中线一期工程的顺利建设。

本书结合南水北调东线、中线一期工程暗涵、倒虹吸和隧洞等地下工程建设实践，对该类工程在科学研究、工程设计、施工技术和建设管理等方面取得的主要经验和成绩进行了梳理总结，精选了部分典型成果进行了整理汇编。有些经验和成果可以为国内同类工程建设提供借鉴，为广大科研院校和设计等单位提供参考。由于水平有限，本书难免有不足之处，敬请批评指正。